CN108047014B - 一种采用离子液体萃取分离辅酶q10的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，以辅酶Q10粗提物为原料，以非极性有机溶剂为原料溶剂和洗涤剂，以离子液体或者离子液体‑极性有机溶剂组成的二元混合溶剂为萃取剂，采用分馏萃取技术从萃余液中得到高纯度的辅酶Q10。该方法所采用的离子液体萃取剂比传统有机溶剂具有更好的热稳定性和更高的选择性，整个工艺简单可靠、产品纯度高、收率高，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于化工分离技术领域，具体涉及一种采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法。
背景技术
辅酶Q10是一种存在于人体细胞内的脂溶性醌类物质，它的化学名称为2-(3,7,11,15,19,23,27,31,35,39-十甲基-2,6,10,14,18,22,26,30,34,38-四十癸烯基)-5,6-二甲氧基-3-甲基-p-苯醌，分子式为C59H90O4，分子量863.34。
辅酶Q10的主要生理功能是参与人体的能量代谢，它在呼吸作用中发挥质子载体的作用，以此产生贯穿生物膜的电势差，进一步推动电子传递并生成生物体内功能物质ATP。此外，辅酶Q10在生物体内还有抗氧化和清除自由基、再生抗氧化剂、调控细胞信号传导和基因表达等生理作用。随着对辅酶Q10功能的深入研究，其在医药品、化妆品和食品添加剂领域都将有更为广泛的应用。
辅酶Q10的生产工艺主要包括生物提取法，化学合成法，细胞培养法以及微生物发酵法，其中，生物提取法生产的产品成本高、价格昂贵；化学合成法的产物生物活性差，不易被人体吸收；利用微生物发酵法生产的辅酶Q10产品无论在生产成本还是在产品品质方面都有较大的竞争优势，被认为是最有前途的生产方式。无论哪一种工艺生产的辅酶Q10，最终都需要将辅酶Q10粗产品从原料中提取出来，进一步分离纯化得到辅酶Q10纯品，因此高效的辅酶Q10精制工艺的开发是工业化生产中的关键。
辅酶Q10粗提取物中主要含有辅酶Q10，辅酶Q11，辅酶Q9，辅酶Q8以及还原型辅酶Q10等，由于它们的结构相似，仅在侧链结构和异戊烯侧链长度上存在差异，因而分离难度较大。
公开号为CN103819326A的专利申请公开了一种依次用超声波破碎、有机溶剂提取、硅胶柱层析和结晶来精制辅酶Q10的方法；CN101429108A公开了一种依次用无水乙醇提取、水和正己烷萃取、硅胶柱层析和结晶来提纯辅酶Q10的方法；CN102391092A公开了一种用超临界二氧化碳萃取菌渣，然后用硅胶柱层析和结晶，得到纯度大于99.5％的辅酶Q10；CN101987815A公开了一种吸附树脂和硅胶柱层析结合的方法制备得到纯度大于98％的辅酶Q10；这些方法都需要使用柱层析，尽管能够得到高纯度的辅酶Q10，但是需要消耗大量的有机溶剂，而且硅胶的重复利用次数少，工艺并不经济。
公开号为CN106146278A的专利申请公开了一种从菌渣中渗漉提取辅酶Q10的方法，将提取液经有机溶剂多级萃取、结晶后得到纯度大于98％的辅酶Q10精品。该法避开了价格昂贵的柱层析过程，然而后续的结晶过程仍将消耗大量的有机溶剂。
现有提取、纯化辅酶Q10的方法存在有机溶剂使用量大，硅胶消耗大，固废污染大等问题，因而，进一步简化现有技术，开发一种工艺简单、收率高的高纯度辅酶Q10的分离纯化方法是十分有必要的。
离子液体是由阴阳离子组成的室温下为液态的物质，在分离领域作为一类绿色新型的分离介质而引人关注。与传统的有机溶剂萃取剂相比，离子液体萃取剂具有一些独特的性质，如热稳定性和化学稳定性好，几乎没有蒸汽压、不挥发、不可燃；同时离子液体的阴阳离子结构可调，可以针对同系物结构和性质上的微小差异，通过设计离子液体的阴阳离子结构以调节离子液体与溶质的作用方式和强度，达到特定的分离效果。
发明内容
针对现有分离纯化高纯度辅酶Q10方法所存在的问题，本发明提供一种采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，该方法无需柱层析和结晶工艺，操作简单、易行，所得的辅酶Q10纯度高于98％。
本发明采用离子液体或离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂作为分馏萃取的萃取剂，这是因为大部分离子液体的黏度较低，可直接用于萃取；而某些离子液体的黏度较大，很难直接用于萃取；本发明发现向离子液体中加入二甲基亚砜、乙腈、甲醇等极性溶剂，组成离子液体-极性溶剂复合萃取剂的黏度较低，且仍具有较高的分离选择性和萃取容量。
辅酶Q10粗提取物中存在结构相似的辅酶Q类同系物，包括辅酶Q10，辅酶Q11，辅酶Q9，辅酶Q8以及还原型辅酶Q10等，分离难度较大，传统的有机溶剂作萃取剂分离效果较差。相比于传统的有机溶剂萃取剂，离子液体萃取剂或离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂萃取剂具有独特的性质。离子液体与溶质具有多种分子间作用，如偶极-偶极、氢键、π-π作用等，通过调节离子液体的氢键酸/碱性和π电子作用能力可显著改变离子液体对溶质的作用方式和强度，从而达到特定的分离效果。
一种采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，包括以下步骤：
(1)将辅酶Q10粗提物溶解在非极性有机溶剂中配成原料液；
(2)以离子液体或离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂为萃取剂，以与步骤(1)中配制原料液相同的溶剂作为洗涤剂，进行分馏萃取，收集萃余液；
所述的分馏萃取分为萃取段和洗涤段，萃取剂从萃取段第一级进入萃取体系，原料液从萃取段的最后一级进入萃取体系，洗涤剂从洗涤段的第一级进入萃取体系，萃取剂和洗涤剂经多级逆流接触后，从萃取段的第一级流出富含辅酶Q10的萃余液；
(3)将步骤(2)所得萃余液真空浓缩，水洗并干燥后得到纯度大于98％的辅酶Q10。
上述分馏萃取过程中使用的萃取装置包括填料塔、筛板塔、转盘塔、离心萃取器等常见萃取装置，其装置示意图如图1所示，其中1为萃取段的第一级，2为萃取段的第二级，1′为洗涤段的第一级，2′为洗涤段的第二级，N为萃取段的级数，N′为洗涤段的级数。
所述的分馏萃取的洗涤剂和原料液中的溶剂相同，对辅酶Q10粗提物具有良好的溶解能力的同时能与萃取剂形成互溶度较小的两相体系。
所述的步骤(1)中辅酶Q10粗提物从微生物发酵所得的菌渣中提取，具体可参照公开号为CN101314782A、CN101619330A或CN105886562A的专利申请中所描述的方法培养菌种，将发酵液过滤、干燥、粉碎后得到菌渣；从菌渣中提取辅酶Q10粗提物的提取方法为渗漉提取法、有机溶剂浸提法、醇碱皂化法或超临界流体萃取法，具体可按照如下公开号的专利申请CN106146278A、CN101381747A、CN102391092A或CN104694613A。
所述的非极性有机溶剂为碳原子数为6～12的烷烃、碳原子数为6～12的环烷烃、碳原子数为6～12的烯烃和石油醚中的一种或任意两种的混合物。这些非极性有机溶剂既对辅酶Q10粗提物有较高的溶解度，又可与极性有机溶剂形成互溶度较小的两相体系。
所述的辅酶Q10原料液的总浓度为5～700g/L，优选为50～700g/L，进一步优选为200～500g/L。若原料液的浓度过低，则分馏萃取操作的处理量小，工艺不经济；若原料液浓度过高，则目标物与杂质间的选择性系数显著下降，不利于辅酶Q10的有效分离。
所述的离子液体由阳离子M+和阴离子N–两部分组成，其中阳离子M+为具有单个或多个取代基的胆碱阳离子、具有单个或多个取代基咪唑阳离子、具有单个或多个取代基的吡啶阳离子、具有单个或多个取代基的季胺阳离子和具有单个或多个取代基的苯并咪唑阳离子中的一种；所述的取代基为碳原子数为1～8的烷基，当取代基有多个时，各取代基可以相同也可以不同；阴离子N–为氯离子、溴离子、对甲苯磺酸根、硫氰酸根、二氰胺根、三氰甲烷根、四氰硼酸根、三氟甲烷磺酸根、硫酸酯根、硝酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、醋酸根或碳原子数2～18的饱和脂肪酸根中的一种。优选碳原子数为10～18的饱和脂肪酸根作为离子液体的阴离子，因其具有较长的非极性碳链，可显著提高被萃取物质的萃取容量。
所述的萃取剂为离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂时，离子液体占萃取剂的质量分数为5～70％，进一步优选为5～30％。提高离子液体的含量可显著提高辅酶Q10与杂质间的分离选择性；然而离子液体含量过高，则会导致二元混合萃取剂的黏度过大，增大两相体系的传质阻力，降低萃取效率。
所述的极性溶剂为碳原子数为1～4的一元醇、乙腈、乙酸乙酯、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合溶剂，其中两种以上的混合溶剂中各组分溶剂的比例可以为任意比。
所述的分馏萃取的萃取剂、洗涤剂和原料液三者之间的体积流量比(以下简称流比)为1～50:1～50:1。若萃取剂和洗涤剂的流比太低，则辅酶Q10的洗涤效果较差；若此流比过高则会降低原料的处理量，综合考虑原料的处理量、生产成本等因素，进一步优选流比为2～6:1～10:1。
所述的分馏萃取的操作温度为10～60℃，进一步优选为20～50℃；若温度过低，两相传质速率降低，达到萃取平衡的时间延长；若温度过高，则易导致辅酶Q10氧化分解，并降低萃取体系的分离选择性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所采用的离子液体萃取剂比传统有机溶剂具有更好的热稳定性和更高的选择性。
2、采用萃取法来纯化辅酶Q10，避免了硅胶柱的使用，节省了溶剂的使用，减少了硅胶废弃物的产出。
3、采用离子液体或者含有离子液体的极性有机溶剂作为萃取剂，相比传统的有机溶剂萃取法，辅酶Q10与杂质间的选择性系数得以提高，使得本发明萃取剂具有高萃取容量和高选择性的特点，从而提高了产品中辅酶Q10的含量，无需后续的结晶操作，进一步简化了工艺流程。
4、工艺流程短，回收率高，纯度达到98％以上，适合工业化生产。
附图说明
图1为分馏萃取设备的装置示意图。
图2为本发明实施例1中辅酶Q10产品的液相色谱图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法进行具体描述，但本发明并不限于这些实施例，该领域技术人员在本发明核心指导思想下做出的非本质改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
以下实施例中，辅酶Q10含量的测定均按照中国药典中所描述的方法操作，液相色谱法的分析条件为：Waters Atlantis T3分析柱(250mm×4.6mm,5μm)，以甲醇-无水乙醇(1:1)为流动相，流量1mL/min，进样量20μL，检测器为紫外检测器，检测波长275nm。
辅酶Q10纯度的测定方法：收集到的辅酶Q10产品取少量样品用无水乙醇溶解并稀释制成每1mL中含约0.2mg辅酶Q10的溶液，采用外标法以峰面积计算其纯度。
本发明纯度和回收率的计算方法如下：
纯度＝产品中辅酶Q10的质量÷产品的总质量×100％
回收率＝产品中辅酶Q10的质量÷原料中辅酶Q10的质量×100％。
实施例1
将辅酶Q10粗提物溶解于正己烷中，配制成固形物浓度25g/L的原料液，其中辅酶Q10的含量约为62.3％。
以胆碱月桂酸盐离子液体/N,N-二甲基甲酰胺二元混合溶剂(混合溶剂中离子液体的质量分数为20％)为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.4:1.9，在30℃下进行分馏萃取，其中萃取段3级，洗涤段2级，连续收集萃取液和萃余液。
将萃余液真空浓缩、水洗及真空干燥，得到辅酶Q10。经计算，本实施例辅酶Q10的纯度为98.7％，收率为93.5％。
实施例2
将辅酶Q10粗提物溶解于正己烷中，配制成固形物浓度100g/L的原料液，其中辅酶Q10的含量约为68.7％。
以1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体/N,N-二甲基甲酰胺二元混合溶剂(混合溶剂中离子液体的质量分数为15％)为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.4:1.8，在35℃下进行分馏萃取，其中萃取段3级，洗涤段3级，连续收集萃取液和萃余液。
将萃余液真空浓缩、水洗及真空干燥，得到辅酶Q10，其纯度为98.0％，收率为90.3％
实施例3
将辅酶Q10粗提物溶解于正庚烷中，配制成固形物浓度180g/L的原料液，其中辅酶Q10的含量约为70.3％。
以四乙基胺-二氰胺盐离子液体/二甲基亚砜二元混合溶剂(混合溶剂中离子液体的质量分数为50％)为萃取剂，以正庚烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.5:1.3，在35℃下进行分馏萃取，其中萃取段4级，洗涤段2级，连续收集萃取液和萃余液。
将萃余液真空浓缩、水洗及真空干燥，得到辅酶Q10，其纯度为98.7％，收率为95.3％
实施例4
将辅酶Q10粗提物溶解于正庚烷中，配制成固形物浓度200g/L的原料液，其中辅酶Q10的含量约为72.5％。
以N-丁基吡啶醋酸盐离子液体/二甲基亚砜二元混合溶剂(混合溶剂中离子液体的质量分数为35％)为萃取剂，以正庚烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.6:1.5，在40℃下进行分馏萃取，其中萃取段3级，洗涤段2级，连续收集萃取液和萃余液。
将萃余液真空浓缩、水洗及真空干燥，得到辅酶Q10，其纯度为98.0％，收率为91.6％。
Claims (4)
1.一种采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，包括以下步骤：
(1)将辅酶Q10粗提物溶解在非极性有机溶剂中配成原料液；
(2)以离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂为萃取剂，以所述非极性有机溶剂为洗涤剂，进行分馏萃取，收集富含辅酶Q10的萃余液；
(3)将步骤(2)所得萃余液真空浓缩，水洗并干燥后得到纯度大于98％的辅酶Q10；
所述的非极性有机溶剂为正己烷或正庚烷；
所述的辅酶Q10原料液的总浓度为5～700g/L；
所述的离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂为胆碱月桂酸盐离子液体/N,N-二甲基甲酰胺、1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体/N,N-二甲基甲酰胺、四乙基胺-二氰胺盐离子液体/二甲亚砜和N-丁基吡啶醋酸盐离子液体/二甲亚砜中的一种。
2.根据权利要求1所述的采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，其特征在于，所述的萃取剂中离子液体占萃取剂的质量分数为5～70％。
3.根据权利要求1所述的采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，其特征在于，所述的分馏萃取的萃取剂、洗涤剂和原料液三者之间的体积流量比为1～50:1～50:1。
4.根据权利要求1所述的采用离子液体萃取分离辅酶Q10的方法，其特征在于，所述的分馏萃取的操作温度为10～60℃。
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